Aizsardzības diode (slāpētājs) 1.5KE15CA
Starp visām dažādībām pusvadītāju ierīces, iespējams, lielākā diožu saime. Schottky diodes, Gunn diodes, Zener diodes, gaismas diodes, fotodiodes, tuneļa diodes un vēl daudz vairāk dažādi veidi un pielietojuma jomas.
Viena no klasēm pusvadītāju diodes mūsu literatūrā to sauc par PON (pusvadītāju sprieguma ierobežotāju) vai slāpētāju. Ārzemju tehniskajā literatūrā nosaukums tiek lietots TVS diode (T aizkaitināms V vecums S slāpētājs). Ļoti bieži TVS-diodes sauc ražotāju zīmoli: TRANSIL, INSEL.
Tehniskajā literatūrā un radioamatieru vidū slāpētāju var saukt atšķirīgi: aizsargdiode, ierobežojoša zenera diode, TVS diode, transils, sprieguma ierobežotājs, ierobežojoša diode. Slāpētājus bieži var atrast komutācijas barošanas avotos - tur tie kalpo kā strāvas ķēdes pārsprieguma aizsardzība komutācijas barošanas avota darbības traucējumu gadījumā.
Apsveriet, kas ir TVS diode, tās darbības princips, kādās shēmās un kādiem nolūkiem tā tiek izmantota.
TVS diodes tika izveidotas 1968. gadā ASV, lai aizsargātu rūpnieciskās iekārtas no atmosfēras elektrības izlādes. Gan rūpnieciskiem, gan sadzīves nolūkiem paredzētu elektronisko ierīču darbības apstākļos liela nozīme tiek piešķirta šo ierīču aizsardzībai no dabiskiem elektriskiem impulsiem.
Ļoti bieži ir sprieguma pārspriegumi un jauda transformatoru apakšstacijas. Tādos gadījumos Ierīces neizdodas simtiem. Tā kā rūpniecības uzņēmumiem ir visaptveroša aizsardzība, un dzīvojamās ēkas šajā gadījumā ir pilnīgi neaizsargātas.
Saskaņā ar dažiem ziņojumiem zaudējumi, kas saistīti ar visu elektronisko iekārtu kļūmēm un sekojošu remontu Amerikas Savienotajās Valstīs, sasniedz aptuveni 12 miljardus ASV dolāru gadā. Eksperti uzskatīja, ka mūsu valstī zaudējumi atbilst šai summai.
Lai aizsargātu aprīkojumu no elektrisko pārspriegumu ietekmes, tika izstrādāta pusvadītāju ierīču klase, ko sauc par TVS diodēm vai "slāpējiem". Dažreiz sarunā var dzirdēt: diodes drošinātājs.
Apzīmējums diagrammā.
Uz ķēdes shēmas slāpētājs (aka aizsargdiode) ir apzīmēts šādi (VD1, VD2 - simetrisks; VD3 - vienvirziena).
Slāpētāja (aizsardzības diodes) darbības princips.
TVS diodēm ir izteikts nelineārs strāvas-sprieguma raksturlielums. Ja elektriskā impulsa amplitūda pārsniedz nominālo spriegumu noteikta veida diodei, tas pāries lavīnas pārrāvuma režīmā. Tas ir, TVS diode ierobežos sprieguma impulsu līdz normālai vērtībai, un “pārpalikums” caur diodi nonāk korpusā (zemē). Process ir skaidrāk redzams attēlā.
Kamēr nepastāv elektroniskās ierīces atteices draudi, TVS diode nekādi neietekmē iekārtas darbību. Šai pusvadītāju ierīcei ir ātrāks reakcijas laiks nekā iepriekš izmantotajiem ierobežotājiem.
Drošinātāju diodes ir pieejamas kā nelīdzsvarotas (vienvirziena) un simetriskas (divvirzienu). Simetriskie var darboties ķēdēs ar bipolāru spriegumu, bet asimetriskie var darboties tikai ar vienas polaritātes spriegumu. Vēl viena tipiska savienojuma shēma (divvirzienu diodei).
Vienvirziena slāpētājam ķēde izskatās nedaudz savādāk.
Ieejas sprieguma palielināšanās gadījumā ierīce ļoti īsā laikā samazina pretestību. Strāva ķēdē strauji palielinās, un drošinātājs izdeg. Tā kā slāpētājs darbojas ļoti ātri, iekārtai netiek nodarīts kaitējums. pazīšanas zīme TVS diodes ir ļoti īss laiks pārsprieguma reakcija. Šī ir viena no aizsargdiožu "mikroshēmām".
Slāpētāju galvenie elektriskie parametri.
U paraugi (V) ir pārrāvuma sprieguma vērtība. Ārvalstu tehniskajā dokumentācijā šis parametrs tiek apzīmēts kā VBR (Sadalījuma spriegums). Šī ir sprieguma vērtība, pie kuras diode pēkšņi atveras un novirza bīstamo strāvas impulsu uz kopīgs vads("uz zemi").
Es arr. (μA) - tiešās reversās strāvas vērtība. Šī ir maksimālās reversās noplūdes strāvas vērtība, kas ir visām diodēm. Tas ir ļoti mazs un praktiski neietekmē ķēdes darbību. Vēl viens apzīmējums - Es R (Maks. Reversā noplūdes strāva). To var saukt arī par I RM.
U arr. (B) - nemainīgs apgrieztais spriegums. Atbilst angļu valodas saīsinājumam V RWM (Darba maksimālais apgrieztais spriegums). Var saukt par V RM.
U robeža imp. (V) – maksimālais ierobežojošais impulsa spriegums. Datu lapās minēta kā VCL vai V C - Maks. iespīlēšanas spriegums vai vienkārši iespīlēšanas spriegums.
Es ierobežoju. maks. (A) - maksimālā maksimālā impulsa strāva. Angļu valodā to dēvē par IPP (Maks. Maksimālā impulsa strāva). Šī vērtība norāda strāvas impulsa maksimālo vērtību, ko slāpētājs var izturēt bez iznīcināšanas. Jaudīgiem slāpētājiem šī vērtība var sasniegt vairākus simtus ampēru!
P imp. (vati) - maksimālā pieļaujamā impulsa jauda. Šis parametrs parāda, cik daudz jaudas slāpētājs var nomākt. Atcerieties, ka vārds slāpētājs cēlies no angļu vārda Slāpētājs, kas tulkojumā nozīmē "nomācējs". Ārvalstu parametra nosaukums Maksimālā impulsa jauda (PPP).
Maksimālās impulsa jaudas vērtību var atrast, reizinot U robežas vērtības. imp. ( VCL) un es lim. maks. ( IPP).
Līdzsvarotas un nesabalansētas TVS diodes strāvas-sprieguma raksturlielumi ir šādi.
Vienvirziena aizsargdiodes (supresora) CVC
IV raksturlielums divvirzienu slāpētājam
Šo diožu lielo trūkumu var uzskatīt par lielu maksimālās impulsa jaudas atkarību no impulsa ilguma. Parasti TVS diodes darbība tiek uzskatīta, ja tai tiek pievadīts impulss ar minimālo pieauguma laiku apmēram 10 mikrosekundes un īslaicīgu.
Piemēram, ar impulsa ilgumu 50 mikrosekundes, SMBJ 12A diode iztur impulsa strāvu, kas gandrīz četras reizes pārsniedz nominālo strāvu.
Ļoti labi pārbaudītas maza izmēra diodes TRANSZORB TM sērija 1,5KE6,8–1,5KE440 (C)A. Tie ir pieejami gan simetriskā, gan asimetriskā versijā. Simetriskai diodei apzīmējumam pievieno burtu C vai CA. Šai sērijai ir liels darba sprieguma diapazons no 5,0 līdz 376 voltiem, īss reakcijas laiks 1 * 10-9 sekundes un iespēja nomākt lielas jaudas impulsus līdz 1500 vatiem. Viņi ir pierādījuši sevi televīzijas, digitālo un citu modernu iekārtu aizsardzības shēmās.
Diodes tiek ražotas DO-201 iepakojumā.
Izmēri ir norādīti collās un milimetros (iekavās). Asimetriskiem slāpētājiem uz korpusa ir krāsains marķēšanas gredzens, kas atrodas tuvāk katoda spailei.
Korpusā ir redzams aizsargdiodes marķējums, kurā ir šifrēti tā galvenie parametri.
THOMSON TRANSIL TM diodes tiek plaši izmantotas, lai aizsargātu automobiļu elektroniku no pārsprieguma. Spēcīgākais elektrisko impulsu avots ir aizdedzes sistēma. Automašīnas stereosistēmas aizsardzībai pietiek ar vienu TRANSIL TM diodi.
Divvirzienu diodes TRANSIL TM 1.5KE440CA tiek veiksmīgi izmantotas plaša patēriņa elektronisko iekārtu aizsardzībai 220 voltu tīklos. To izmantošana ir visefektīvākā, lai aizsargātu objektus, kas ir savienoti ar gaisvadu līnijas. Šajā gadījumā būs aizsardzība gan no atmosfēras elektriskiem impulsiem, gan no impulsu pārspriegumiem gar strāvas ķēdēm.
Vidi, kurā dzīvojam, piesārņo ne tikai dažādas ķīmiskas vielas, bet arī visu veidu elektronisko komponentu radītie traucējumi. Lielāko daļu traucējumu rada tā sauktie pārejas periodi, kas rodas, kad tiek izslēgta kapacitatīvā vai induktīvā slodze. Šīs pārejas ne tikai apgrūtina elektronisko iekārtu konstruktoru mūžu, bet vienlaikus arī saīsina tā kalpošanas laiku. Tie ir lieli pārspriegumi, kas ir bīstami elektroniskajiem komponentiem. Tādas sastāvdaļas kā TRANSIL, TRISIL un TVS ir īpaši izstrādātas šādu pārspriegumu slāpēšanai.
Sešdesmitajos gados Īrijas rūpnīca GSI organizēja pirmo diožu ražošanu, kas īpaši paredzētas pārsprieguma slāpēšanai. Drīz līdzīgas diodes ražoja SGS-Thomson ar preču zīmēm TRANSIL un TRISL. Elektrotehnikas gigants GENERAL INSTRUMENTS (GI) šobrīd ražo GSI diodes. Pēc dažām ziņām, dienas izlaide ir 1,5 miljoni ierīču, no kurām aptuveni puse no saražotajām aizsargierīcēm, aptuveni puse no saražotajām aizsargdiodēm ir klasiskā dizainā, otrā puse tiek ražotas virsmas montāžas (SMD) iepakojumos. GI ražotās aizsargdiodes ir apzīmētas ar TVS — Transient Voltage Supressor (pārejas sprieguma slāpētājs). TVS un TRRANSIL ir dažādi vienu un to pašu diožu komerciālie nosaukumi. Abu izstrādājumu apzīmējumi daudzām diožu klasēm ir vienādi. Šajā rakstā tiks izmantots apzīmējums TRANSIL, jo tas ir piemērotāks.
Diodes
TRANSIL diodes ir īpaši paredzētas pārsprieguma slāpēšanai, kas rodas pārejošu procesu laikā (diodes nosaukumā ir lietota vārda daļa, kas cēlies no angļu vārda transient - transient). Galvenā pielietojuma joma ir automobiļu elektronisko iekārtu, telekomunikāciju un datu pārraides ķēžu pārsprieguma aizsardzība, lieljaudas tranzistoru un tiristoru aizsardzība u.c.
Diodes tiek ražotas gan vienvirziena, gan divvirzienu versijās. Vienvirziena konstrukcija tiek izmantota, lai slāpētu tikai vienas polaritātes pārspriegumus, tāpēc šāda veida TRANSIL ierīces ir jāiekļauj ķēdē, ņemot vērā polaritāti. Šāda veida divvirzienu TRANSIL diodes ir jāiekļauj ķēdē, ņemot vērā polaritāti. Divvirzienu TRANSIL diodes ir paredzētas abu polaritāšu pārspriegumu slāpēšanai. Divvirzienu TRANSIL diode var sastāvēt no divām vienvirziena TRANSIL diodēm, savienojot tās virknē pret aizmuguri.
Atšķirībā no varistoriem, kurus izmanto arī pārsprieguma slāpēšanai, TRANSIL diodes ir daudz ātrākas. TRANSIL diožu reakcijas laiks ir dažas pikosekundes. 2. attēlā shematiski parādītas vienvirziena un divvirzienu TRANSIL diodes. Divvirzienu TRANSIL diodes vienmēr ir savienotas paralēli aizsargātajam aprīkojumam. Pretestība Rs ir visu pretestību summa no traucējumu avota līdz aizsargātajam aprīkojumam. Šīs pretestības vērtība ietekmē TRANSIL diodes izvēli, jo tā neierobežo pārsprieguma viļņa radīto maksimālo strāvu.
Ražotājs apgalvo, ka praksē, kad rodas pārsprieguma impulss, vienmēr notiek nogriešana, un atteices varbūtība ir pārāk maza. Pats par sevi saprotams, ka ķēdē ir jāiekļauj drošinātāji, ja zemās pretestības dēļ ir gaidāmi lieli pārspriegumi. Lai gan TRANSIL diode vienmēr nofiksējas, zemas Rs ķēdes gadījumā diode var pilnībā izdegt.
TRANSIL diožu īpašības tiek definēti ar šādiem parametriem:
Maksimālie zudumi TRANSIL diodēs
Pētījumos konstatēts, ka daudzās ierīcēs rodas pārspriegumi, izraisot strāvas impulsus ar laika raksturlielumu aptuveni 10/1000 µs (pieaug/samazinās) pēc eksponenciālās līknes (3. att.). Specifikācijās parasti ir sniegti dati par šāda veida pārejām. Noteiktos zudumus neperiodiskajiem impulsiem nosaka pēc šādas formulas: P p =V cl *I pp . Zudumi ir atkarīgi arī no temperatūras (4. att.) impulsa ilguma (5. att.).
Zaudējumi periodiskiem impulsiem ir:
P av \u003d f * W, kur f ir impulsa atkārtošanās ātrums, W ir katra impulsa enerģija.
Iekārtu aizsardzības ar varistoriem un diodēm TRANSIL salīdzinājums
Varistora tipiskais reakcijas laiks, kad tie ir pakļauti pārspriegumam, ir 25 ns. Dažām iekārtām šis laiks var nebūt pietiekams. TRANSIL diožu teorētiskais reakcijas ātrums uz impulsu ir pikosekundes apgabalā. Ražotājs apgalvo, ka laboratorijas apstākļos ir grūti izveidot tādu pārejošu impulsu, uz kuru TRANSIL diode reaģētu ar kavēšanos, t.i., savā pīķa daļā. Simulētais pieauguma laiks vienmēr bija 5 ns robežās – praksē šis laiks var būt vairākas pikosekundes. šajā gadījumā ir jāpievērš uzmanība tam, ka var būt vilinoši izmantot TRANSIL diodes kā ātrgaitas taisngrieža ierīces. Taču TRANSIL diodes šim nolūkam vispār nevar izmantot, jo tām ir liels atlikušais lādiņš un ilgs izkliedes laiks.
TRANSIL diodes no SGS-THOMSON un TVS diodes no GI
Abi ražotāji ražo dažādas aizsardzības diodes, kas paredzētas dažādiem spriegumiem Vvr vai Vbr , izmantojot nelielu nominālā sprieguma soli. Tomēr parasti nav pieejamas visas diodes, jo praksē nav nozīmes tam, vai tiek izmantota diode, kuras nominālais spriegums ir, piemēram, 33 V vai 37 V. Rezultātā ražotājs katrā piedāvā dažas vēlamās vērtības. klasē. Pārējās vērtības ir paredzētas informatīviem nolūkiem, ražotājs tās ražo tikai lielos daudzumos.
Elektronisko shēmu aizsardzība automašīnās
Svarīgākie pārsprieguma avoti automašīnās ir ierīces, kas satur induktivitāti: ģenerators, aizdedzes sveces, starteris, relejs utt. Spēcīgākais traucējumu avots ir aizdedzes sistēma, kuras pārsprieguma lielums var sasniegt 300 V. Tā rezultātā automašīnās plaši tiek izmantota aizsardzība, izmantojot TRANSIL diodes. Automagnetolai pietiek ieslēgt vienu TRANSIL diodi, tādā gadījumā nav jāuztraucas par tā elektronisko komponentu atteici. Šādas izmaksas vienmēr ir pamatotas. Šajā gadījumā ir spēkā šāds noteikums: akumulators zemās iekšējās pretestības dēļ ir labākais pārsprieguma absorbētājs.Tāpēc vislabāk ir pārsūtīt atsevišķu ierīču barošanas avotu uz vietu, kas ir pēc iespējas tuvāk tās spailēm. Firma SGS-Thomson ražo īpaša veida aizsargdiodes automašīnu aprīkojuma aizsardzībai - LD24AS, LD24M. To atšķirība no parastajām diodēm slēpjas jaudīgajā metāla konstrukcijā. Diodēm ir liels pusvadītāju kristāls un tās iztur augstas temperatūras. Tas gan nenozīmē, ka parastās TRANSIL diodes nevar izmantot automašīnā.
Tranzistoru aizsardzība
TRANSIL diodes ir noderīgas biopolāro un MOS tranzistoru aizsardzībai. TRANSIL diodes var izmantot, lai aizsargātu gan MOSFET aizbīdņu elektrodu, gan pašu savienojumu. Šajā gadījumā vienmēr jāņem vērā pārsprieguma impulsu raksturs - vienreizēji vai periodiski.
Tīkla sadales iekārtu aizsardzība - 220 V tīkls
Pašlaik TRANSIL diodes tiek plaši izmantotas, lai aizsargātu iekārtas, kas savienotas ar tīkla sadalītāju. Ar nelielu ieguldījumu ir iespējams aizsargāt dārgu aprīkojumu. Viens no galvenajiem pārsprieguma avotiem šādos tīklos ir atmosfēras traucējumi. TRANSIL diožu izmantošana ir īpaši noderīga, lai aizsargātu objektus, kas pieslēgti gaisvadu līnijām. Šiem nolūkiem parasti tiek izmantotas divvirzienu TRANSIL diodes, jo īpaši 1.5KE440CA vai P6E440CA.
Datu līnijas aizsardzība
Datu līniju aizsardzība ir svarīga TRANSIL diožu pielietojuma joma. Ir izstrādāti TRANSIL diožu komplekti, kurus var izmantot gan TTL paralēlo I/O ķēžu aizsardzībai, jo īpaši ТРВ220, gan seriālās pārvades līnijām, piemēram, SGS-Thomson tīkla kartes ESDA6V1S3. 6. attēlā parādīts TRANSIL diožu komplekts, kas paredzēts paralēlā porta aizsardzībai.
Diodes TIRISIL
TIRISIL diodes ir paredzētas elektronisko iekārtu aizsardzībai pret pārspriegumiem, galvenokārt telekomunikāciju jomā. SGS-Thomson 1983. gadā izstrādātās diodes, ko ražojis tikai šis uzņēmums. TRISIL diožu strāvas-sprieguma raksturlielums atgādina DIAK komponentu raksturlielumus. Simbols diodes ir parādītas 7. att.
TRISIL diodes ir pieejamas tikai divvirzienu virzienā un ir savienotas paralēli aizsargātajam aprīkojumam.
TRISIL diožu darbības apraksts
Darbojoties caur TRISIL diodi plūst neliels strāvas daudzums. Pārsniedzot noteiktu (sliekšņa) sprieguma vērtību, diodes pretestība strauji mainās un spriegums ir ierobežots. Darbība šajā strāvas-sprieguma raksturlīknes sadaļā (8. att.) ir līdzīga TRANSIL divvirzienu diodes darbībai.
Tālāk nedaudz palielinoties strāvai, notiek strauja pretestības samazināšanās līdz desmitiem omu, kas praktiski īssavieno ķēdi, tādējādi "nogriežot" pārsprieguma impulsa lietderīgo daļu, kā parādīts 9. attēlā.
TRISIL diožu pamatparametri
Vrm- maksimālais nepārtrauktas darbības spriegums, pie kura strāva, kas iet caur komponentu, neizraisa bojājumus. Noteiktam spriegumam specifikācijā ir norādīta atbilstošā strāva I rm .
Vbr- pārrāvuma spriegums (Breakdown Voltage) - spriegums, pie kura strauji palielinās strāva, kas iet caur TRISIL, un strāvas maiņas ātrums ir lielāks par sprieguma pieauguma ātrumu. Šis spriegums atbilst strāvai I br =1mA.
V bo- pārrāvuma spriegums. Punktā Vbo ir krasas pretestības izmaiņas no lielas nenoteiktas vērtības uz vairākām no lielas nenoteiktas vērtības līdz vairākiem omiem. Šī sprieguma specifikācija norāda strāvu Ivo.
In- kad strāva nokrītas zem šīs vērtības, TRISIL diodes pretestība palielinās apgriezti.
Ipp- strāvas robežvērtība impulsa formas noteikšanai - attiecībā pret 10/1000 µs, eksponenciālā forma.
Visbiežāk telekomunikāciju aizsardzībai tiek izmantotas SGS-Thomson THBT sērijas TRISIL diodes.
Nobeigumā vēlos atzīmēt, ka iekārtu ražotājam nav iespējams simtprocentīgi norādīt, kuru no aizsargdiodēm labāk izmantot. galu galā korporatīvie katalogi nav dogma, bet gan "darbības ceļvedis". Konkrētas TRANSIL vai TRISIL diodes izvēle, pirmkārt, ir izstrādes inženieru rūpīgs darbs. Un elektronisko komponentu izplatītājiem ir jānodrošina viņiem nepieciešamā DATU LAPA un, protams, uzticama elektronisko komponentu piegāde.
Andrejs Kadukovs
Faktiskos elektronisko iekārtu darbības apstākļos var rasties tā ķēdes Dažādi elektriskās pārslodzes, no kurām bīstamākās ir dabiskas izcelsmes elektromagnētisko impulsu radītas sprieguma pārslodzes (spēcīgas zibens izlādes dēļ), mākslīgas izcelsmes elektromagnētiskie impulsi (radio raidītāju, augstsprieguma elektropārvades līniju, elektrotīklu starojuma dēļ). elektrificēts dzelzceļi utt.), kā arī sakarā ar iekšējām pārejām iekārtā tās darbības laikā (piemēram, pārslēdzot induktīvās slodzes) un elektrostatisko izlādi (ESD).
Dabiskas un mākslīgas izcelsmes elektromagnētiskā impulsa (EMP) ietekme uz elektroniskajiem komponentiem izraisa to parametru izmaiņas gan tiešās enerģijas absorbcijas dēļ, gan impulsu ķēdēs inducētās strāvas un sprieguma ietekmes uz tiem. Saskaņā ar firmas General Semiconductor datiem, ASV rūpniecības zaudējumi no pārsprieguma ietekmes sasniedz vairāk nekā 10 miljardus USD gadā. Ņemot vērā elektronisko iekārtu kalpošanas laiku Krievijā, to nolietojumu un stingru pārsprieguma aizsardzības prasību neesamību, var pieņemt, ka šie zaudējumi mūsu valstī ir salīdzināmi ar ASV.
Visjutīgākās pret dabiskas un mākslīgas izcelsmes EMR izraisīto impulsu spriegumu un strāvu ietekmi uz vadiem un kabeļiem ir ar tiem pievienotās izvadierīces, galvenokārt tās, kas izgatavotas uz IC un diskrētām pusvadītāju ierīcēm.
Minimālā enerģija, kas izraisa pusvadītāju ierīču un IC funkcionālus bojājumus, ir 10-2-10-7 J.
Lai aizsargātu iekārtu ķēdes no elektriskās pārslodzes ietekmes, var izmantot dažādas metodes, no kurām galvenās ir: strukturālā, strukturālā-funkcionālā, shēmas.
1. tabula. Pārsprieguma aizsardzības elementu salīdzinājums
| Drošības elements | Priekšrocība | Trūkumi | Lietošanas piemēri |
| Izlādētājs | augsta vērtība pieļaujamā strāva. Zema jauda. Augsta izolācijas pretestība | Augstsprieguma izlādes rašanās. Zema izturība un uzticamība. Ievērojams reakcijas laiks. Aizsargātā ķēde ir manevrēta. pēc impulsa nodošanas | Telekomunikāciju un strāvas ķēžu primārā aizsardzība. Kombinētās aizsardzības pirmais posms |
| Varistors | Augsta pieļaujamās strāvas vērtība. Zemu cenu. Plašs darba strāvu un spriegumu diapazons | Ierobežots kalpošanas laiks. Augstsprieguma ierobežojums. Augsta pašu jauda. Virsmas nostiprināšanas grūtības | sekundārā aizsardzība. Strāvas ķēžu un automobiļu elektronikas aizsardzība. Elektronisko komponentu aizsardzība tieši uz iespiedshēmas plates. Kombinētās aizsardzības pirmais un otrais posms |
| TVS diode | Zemsprieguma robežas. Augsta izturība un uzticamība. Plašs darba sprieguma diapazons. Augsta veiktspēja. Zema pašspēja. Ideāli piemērots virsmas montāžai | Zema nominālās impulsa strāvas vērtība. Salīdzinoši augstas izmaksas | Ideāli piemērots pusvadītāju komponentu aizsardzībai uz iespiedshēmu plates. sekundārā aizsardzība. Aizsardzība pret ESD, BIN un elektriskām pārejām. Beigu posms kombinētajās aizsargierīcēs |
| TVS tiristoru | Nav pakļauts degradācijai. Augsta veiktspēja. Augsta vadības strāva | Ierobežots darba sprieguma diapazons. Aizsargātā ķēde tiek šunta pēc impulsa pārejas | Primārā un sekundārā aizsardzība telekomunikāciju ķēdēs |
Konstrukciju aizsardzības metodes ietver: racionālu sastāvdaļu izvietojumu un uzstādīšanu, ekranēšanu, zemējumu utt.
Strukturāli funkcionālo metožu grupā ietilpst: racionāla iekārtas darbības principa izvēle un izmantoto signāla pārraides standartu izvēle u.c.
Shēmas metodes ietver pasīvo un aktīvo aizsardzību. Lielākā daļa efektīvs līdzeklis iekārtu aizsardzība no EMI ietekmes ir aktīvā aizsardzība. Aktīvās aizsardzības ķēžu galvenais elements ir novadītāji, metāla oksīda varistori, TVS-tiristori (pārejas sprieguma slāpētājs) un TVS-diodes, ko vietējā literatūrā sauc par "nomācējiem", "pusvadītāju sprieguma ierobežotājiem (STS)" vai "pārejas slāpēšanas diodēm ( TSD)" ". Tā kā šajā rakstā ir aprakstītas ārvalstu ražotāju pusvadītāju ierīces, mēs izmantosim terminu "TVS diodes".
Tabulā. 1 parādīts dažādu aktīvās pārsprieguma aizsardzības elementu salīdzinājums.
Ārzemēs TVS diodes ir pazīstamas ar nosaukumiem (preču zīmēm) Trans Zorb, Transil, Insel utt.
Šobrīd virkne ražotāju ir izstrādājuši TVS diodes, ar kuru palīdzību pilnībā tiek atrisināta REA aizsardzība. Turklāt kopš 1996. gada janvāra Eiropas Standartizācijas komiteja (CENELEC) ieviesa standartus, kas aizliedz ES tirgū pārdot iekārtas bez aizsardzības, tostarp TVS diodes.
Pusvadītāju TVS diodes ir pusvadītāju ierīces ar izteiktu nelineāru strāvas-sprieguma raksturlielumu, kas nomāc impulsu elektriskos pārspriegumus, kuru amplitūda pārsniedz diodes lavīnas pārrāvuma spriegumu.
Normālā darbības režīmā TVS diodei jābūt "neredzamai", tas ir, tai nevajadzētu ietekmēt aizsargātās ķēdes darbību, līdz rodas pārsprieguma impulss. TVS diodes elektriskie raksturlielumi nekādā veidā nedrīkst ietekmēt normālu ķēdes darbību.
Pārsprieguma impulsa laikā TVS diode ierobežo pārsprieguma spriegumu līdz drošam līmenim, kamēr bīstama strāva plūst caur diodi uz zemi, apejot aizsargāto ķēdi. TVS diodes darbības princips ir parādīts att. viens.
Rīsi. 1. TVS diodes darbības princips
TVS diodes bieži jauc ar silīcija Zenera diodēm (Zener diodēm). TVS diodes ir izstrādātas un paredzētas aizsardzībai pret spēcīgiem pārsprieguma spriegumiem, savukārt silīcija zenera diodes ir paredzētas sprieguma regulēšanai un nav paredzētas darbam ar ievērojamām impulsu slodzēm.
TVS diodei ir liels ātrums, atšķirībā no gāzizlādes ierobežotājiem (aizturētājiem), kas ievērojamā reakcijas laika (vairāk nekā 0,15 μs) dēļ neatrisina daudzu pusvadītāju ierīču un mikroshēmu aizsardzības problēmu, jo sākotnējie pārspriegumi spriegums, kas tiek nodots novadītājiem, tiem nav pieņemams.
TVS diožu priekšrocība salīdzinājumā ar novadītājiem ir tāda, ka to pārrāvuma spriegums ir zemāks par ierobežojošo spriegumu (novadītājiem tas ir daudz lielāks par izlādes uzturēšanas spriegumu), tāpēc, tos lietojot, ar tām aizsargātās ķēdes pēc caurbraukšanas netiek šuntētas. pārejoša strāvas impulsa, kā tas ir izlādētāju gadījumā.
Nelīdzsvarotām TVS diodēm reakcijas laiks ir mazāks par 10-12 s, bet simetriskajām mazāks par 5x10-9 s. Tas ļauj tos izmantot, lai aizsargātu dažādas RF shēmas, kas ietver pārejas jutīgas pusvadītāju ierīces un integrālās shēmas.
Vēl viena svarīga TVS diožu īpašība ir p–n savienojuma barjeras kapacitāte. Sakaru līniju aizsardzībai tiek izmantotas mazjaudas TVS diodes (С=90–100 pF). maiņstrāva līdz 100 MHz no sprieguma lēcieniem.
TVS-diožu strāvas-sprieguma raksturlielumi un to ķēdes simboli ir parādīti attēlā. 1.–3.
Rīsi. 2. Viengala TVS diodes CVC
Rīsi. 3. Simetriskas TVS diodes CVC
TVS diožu elektriskie pamatparametri
U paraugi pie I T (V (BR)), V- pārrāvuma sprieguma vērtība pie noteiktas pārbaudes pārrāvuma strāvas I T;
Es arr. (ID) , mka- tiešās reversās strāvas vērtība, kas plūst caur ierīci pretējā virzienā ar spriegumu, kas vienāds ar V arr. ;
V arr. (VWM), V- pastāvīgs apgrieztais spriegums (saskaņā ar šo parametru tiek izvēlēts ierobežotāja veids);
V robeža. imp. maks. (V C), B- maksimālais ierobežojošais impulsa spriegums pie maksimālās impulsa strāvas noteiktajam ilgumam, darba ciklam, impulsa formai un temperatūrai vide;
R imp. maks. (ppm), W- maksimālā pieļaujamā impulsa jauda, ko ierīce izkliedē noteiktai formai, darba ciklam, impulsa ilgumam un apkārtējās vides temperatūrai.
2. tabula. Veiktspējas ierobežojumi
Piezīme.
- Ar vienu strāvas impulsu un 25°C temperatūrā.
- Mērīts, kad tas ir pakļauts vienam impulsam sinusoidāla pusviļņa formā ar ilgumu 8,3 ms vai līdzvērtīgu taisnstūrveida impulss, ar maksimālo impulsa atkārtošanās ātrumu 4 impulsi/min (JEDEC metode)
- V F = 3,5 V diodēm ar V (BR)< 220 B, и VF = 5,0 B макс. для диодов с V (BR) >220 B.
3. tabula. Elektriskie parametri
Piezīme. Tabulā ir parādīti tikai diožu parametri ar minimālo un maksimālo V (BR) vērtībām.
TVS diodes veids konkrētam lietojumam tiek izvēlēts, pamatojoties uz aprēķināto P imp vērtību. maks. ņemot vērā impulsa ilgumu un tā formu. Tajā pašā laikā V arr. jābūt vienādam vai lielākam par spriegumu, kas darbojas ķēdē, ņemot vērā maksimālo pielaidi.
Parasti P imp. maks. aprēķina, ņemot vērā impulsa ietekmi - 10/1000 µs (t f =10 µs, t un =1000 µs), kas parādīts att. četri.
Rīsi. četri
Bet reālos darbības apstākļos atkarībā no pārsprieguma rakstura impulsa parametriem var būt citas vērtības. Tāpēc daudzi starptautiskie un valsts standarti nosaka citus impulsa parametrus. Piemēram, IEC 801-5 standartā datu līnijām ir aprakstīts pārsprieguma impulss ar viļņa formu 1,2/50 ms.
5. attēlā parādīta maksimālās pieļaujamās pārsprieguma jaudas atkarība no pārsprieguma impulsa ilguma SMBJ12A tipa TRANSZORB® TVS diodei ar P imp. maks. = 600 W. Parasti ražotāji sniedz līdzīgus grafikus visu veidu un sēriju TVS diožu specifikācijās. Šis grafiks parāda, ka, palielinoties pārsprieguma impulsa ilgumam virs 1000 µs, TVS diodes maksimālās pieļaujamās impulsa jaudas vērtība samazinās, un otrādi, samazinoties ilgumam, palielinās maksimāli pieļaujamā jauda. Ja TVS diode tiek pakļauta īsākiem impulsiem, tā izturēs lielāku impulsa strāvu (IP). Ar impulsa ilgumu 50 ms, SMBJ12A TVS diode izturēs impulsa strāvu, kas 3,5 reizes pārsniedz nominālo strāvu.
Rīsi. 5. Maksimāli pieļaujamās impulsa jaudas atkarība no pārsprieguma impulsa ilguma
Šo metodi var izmantot, lai aprēķinātu TVS diožu maksimālās pieļaujamās jaudas un impulsa strāvas vērtības ar jebkuru P imp nominālvērtību. maks. (400 W, 500 W, 1,5 kW, 5 kW).
Ja vienas TVS diodes jauda neatbilst noteiktajām prasībām Rimp. maks., tie ir savienoti virknē. Ja virknē ir savienotas divas TVS diodes, jauda tiek dubultota utt. Virknē var pieslēgt jebkuru TVS diožu skaitu. Šajā gadījumā sadalījums pa V paraugiem. katras ierīces nedrīkst pārsniegt 5%, kas garantē vienādu slodzi sērijveidā savienotajām ierīcēm. Ja nav iespējams sasniegt nepieciešamo jaudu savienojot virknē, ir atļauts paralēlais savienojums. Garantētai ierīču noslodzei jaudas ziņā nepieciešama to precīza saskaņošana atbilstoši V robežai. (ne vairāk kā 20 mV). Ir atļauts arī jaukts TVS diožu savienojums.
TVS diodes kopā ar galveno mērķi var izmantot kā Zener diodes (Zener diodes). Šajā gadījumā ir nepieciešami papildu dati par maksimālās pieļaujamās pastāvīgās jaudas izkliedes un dinamisko pretestību vērtībām pie minimālās un maksimālās strāvas.
Ārzemēs TVS diodes pirmo reizi 1968. gadā izstrādāja GSI (General Semiconductor Industries), lai aizsargātu sakaru ierīces no zibens izlādes. Vēlāk šis uzņēmums radīja TVS diodes ar pārrāvuma spriegumu no 6,8 līdz 200 V ar impulsa jaudu 1,5 kW, lai aizsargātu aviācijas iekārtas, sakaru iekārtas no mākslīgā elektromagnētiskā starojuma ietekmes, aizsargātu mikroshēmas no iekšējām elektriskā sprieguma slodzēm, no statiskās elektrības. , kā arī TVS diodes ar zemu induktivitāti un kapacitāti. Šobrīd pasaulē tiek ražoti aptuveni 3000 veidu TVS diodes ar impulsa jaudu no 0,15 līdz 60 kW pārrāvuma spriegumam no 6,0 līdz 3000 V.
TRANSZORB® TVS diodes no General Semiconductor
General Semiconductor TRANSZORB® TVS diodes ir pieejamas dažādos dizainos, lai tās atbilstu ekspluatācijas apstākļiem un lietojumiem. Ir pieejamas atsevišķas diodes plastmasas korpusā ar elastīgiem vadiem, kas paredzētas montāžai caur caurumu ar maksimālo pieļaujamo impulsa jaudu 400 W, 500 W, 600 W, 1,5 kW un 5 kW. Uzstādīšanai strāvas ķēdēs parasti tiek izmantotas diodes ar visaugstākajām maksimālās pieļaujamās impulsa jaudas vērtībām. Ar zemākiem jaudas rādītājiem augsta blīvuma lietojumprogrammās tiek izmantotas diodes un diožu bloki, kas ir pieejami gan DIP, gan virsmas montāžas komplektos. Tie ir pieejami ar maksimālo pieļaujamo impulsa jaudu 400 W, 500 W, 600 W, 1,5 kW un 5 kW. Diožu komplekti parasti izmanto datu līnijās, lai aizsargātu I/O portus no ESD. Turklāt ir pieejamas specializētas zemas kapacitātes TVS diodes izmantošanai ķēdēs ar lielu datu pārraides ātrumu, lai novērstu noderīgo signālu vājināšanos. TRANSZORB® TVS diodes ir pieejamas darbam ķēdēs ar darba spriegumu no 5 līdz 376 V. Pateicoties plašajam iespējamo darba spriegumu diapazonam un pieļaujamajām jaudas vērtībām (kā arī pārspriegumiem), TRANSZORB® TVS diodes tiek izmantotas dažādās elektroniskajās shēmās un lietojumprogrammas.
TRANSZORB® diskrētās TVS diodes
TRANSZORB® diskrētās TVS diodes ir paredzētas jutīgu elektronisko komponentu aizsardzībai pret pārspriegumiem, ko izraisa elektrostatiskā, sakaru un zibens izlāde. Visas diskrēto TVS diožu sērijas tiek ražotas ar elastīgiem vadiem montāžai caurumos, plastmasas korpusā ar pusvadītāju savienojuma aizsardzību ar pasivētu stikla slāni. Ieteicamā diožu lodēšanas temperatūra ir 265 °C/10 s.
Tiem raksturīgs plašs darba spriegumu diapazons (no 5,0 līdz 376 V) un ierobežojošie spriegumi (no 6,0 līdz 440 V), īss reakcijas laiks (simetriskām diodēm - 1x10-9 s), spēja nomākt lielas jaudas pārsprieguma impulsus. (līdz 1500 W ar impulsa formu 10/1000 µs). Tas ļauj tos izmantot, lai aizsargātu telekomunikāciju iekārtas, digitālās saskarnes u.c. nelabvēlīgā elektromagnētiskā vidē.
TRANSZORB® TVS diožu sērija 1.5KE6.8–1.5KE440CA (1N6267–1N6303A)
1.5KE6.8–1.5KE440CA sērijas diodes ir pieejamas simetriskās un asimetriskās versijās. Simetriskas diodes apzīmējumā tiek pievienots sufikss C vai CA. Piemēram, 1,5KE6,8C, 1,5KE440CA. 1N6267-1N6303A sērija ir pieejama tikai viena gala versijās.
TRANSZORB® TVS diodes ICTE 5.0-ICTE 15C Series (1N6273-1N6377 un 1N6382-1N6385)
Diodes ir pieejamas simetriskā un asimetriskā dizainā. Šīs sērijas asimetrisko un simetrisko diožu elektriskie parametri ir parādīti tabulā. 4 un 5.
4. tabula. Viena gala diožu elektriskie parametri
| Tips (JEDEC) | Tips (vispārējais pusvadītājs) | ||||||
| 1N6373(2) | ICTE-5(2) | 5.0 | 6,0 | 300 | 7,1 | 7,5 | 160 |
| 1N6374 | ICTE-8 | 8,0 | 9,4 | 25,0 | 11,3 | 11,5 | 100 |
| 1N6375 | ICTE-10 | 10,0 | 11,7 | 2,0 | 13,7 | 14,1 | 90 |
| 1N6376 | ICTE-12 | 12,0 | 14,1 | 2,0 | 16,1 | 16,5 | 70 |
| 1N6377 | ICTE-15 | 15,0 | 17,6 | 2,0 | 20,1 | 20,6 | 60 |
5. tabula. Nesabalansētu diožu elektriskie parametri
| Tips (JEDEC) | Tips (vispārējais pusvadītājs) | Līdzstrāvas apgrieztais spriegums V WM (B) | Min. (3) pārrāvuma spriegums pie 1 mA V (BR) (B) | Maks. arr. strāva pie V WM I D (μA) | Maks. iespīlēšanas spriegums pie I PPM = 1,0 A V C (V) | Maks. iespīlēšanas spriegums pie I PPM = 10 A V C (B) | Maks. imp. ierobežojošā strāva I PPM (A) |
| 1N6382 | ICTE-8C | 8,0 | 9,4 | 50,0 | 11,4 | 11,6 | 100 |
| 1N6383 | ICTE-10C | 10,0 | 11,7 | 2,0 | 14,1 | 14,5 | 90 |
| 1N6384 | ICTE-12C | 12,0 | 14,1 | 2,0 | 16,7 | 17,1 | 70 |
| 1N6385 | ICTE-15C | 15,0 | 17,6 | 2,0 | 20,8 | 21,4 | 60 |
6. tabula. Simetrisko diožu elektriskie parametri
Piezīme.
- Simetriskām diodēm apzīmējumā ir sufikss "C".
- Diodes ICTE-5 un 1N6373 ir pieejamas tikai viena gala versijā.
- Norādītā minimālā pārrāvuma sprieguma pielaide ir ±1 volts.
- Ierobežojuma koeficients (K robeža): nepārsniedz 1,33 ar jaudu, kas vienāda ar R imp.max, un nepārsniedz 1,2 pie 0,5 R imp.max. Līdz robežai - attiecība V C /V BR .
Izmēru rasējums, veiktspējas ierobežojumi tādi paši kā 1.5KE6.8-1.5KE440CA (1N6267-1N6303A) sērijai.
Diožu apzīmējumi 1N6273–1N6377 un 1N6382–1N6385 atbilst 1Nxx sērijas apzīmējumam.
ICTE-5.0 sērijas diožu simbols - ICTE-15C
Diagrammas, kas parāda maksimālo pieļaujamo impulsa jaudu (ppm) pret impulsa platumu (td) un Pppm (Ipp) pret apkārtējās vides temperatūru (T), ir līdzīgas 1,5KE6,8-1,5KE440CA (1N6267-1N6303A) sērijas diodēm.
 |
|
Rīsi. 9. C atkarība no V(BR) viengala diskrētajām TVS diodēm no sērijas ICTE5.0 - ICTE15 (1N6273 - 1N6377) |
|
 | |
Kas ir slāpētājs
SlāpētājsŠī ir viena no pusvadītāju diožu šķirnēm.
Un pēc tā funkcijām tas ir visvairāk līdzīgs Zener diodei: tas arī atveras pie noteikta sprieguma.
Slāpētāji tika izveidoti 1968. gadā ASV, lai aizsargātu rūpnieciskās iekārtas no atmosfēras elektrības izlādes. Gan rūpnieciskiem, gan sadzīves nolūkiem paredzētu elektronisko ierīču darbības apstākļos liela nozīme tiek piešķirta šo ierīču aizsardzībai no dabiskiem elektriskiem impulsiem.
Ļoti bieži strāvas transformatoru apakšstacijās ir sprieguma pārspriegumi. Šādos gadījumos sadzīves tehnika sabojājas simtiem. Rūpniecības uzņēmumiem ir visaptveroša aizsardzība, bet dzīvojamās ēkas šajā gadījumā ir pilnīgi neaizsargātas.
Saskaņā ar dažiem ziņojumiem zaudējumi, kas saistīti ar visu elektronisko iekārtu atteici un turpmāko remontu Amerikas Savienotajās Valstīs, sasniedz aptuveni 12 miljardus USD gadā. Eksperti uzskatīja, ka mūsu valstī zaudējumi atbilst šai summai.
Lai aizsargātu aprīkojumu no elektrisko pārspriegumu ietekmes, tika izstrādāta pusvadītāju ierīču klase, ko sauc par TVS diodēm vai "slāpējiem". Dažreiz sarunā var dzirdēt: diodes drošinātājs.
Nosaukums TVS diode tiek tulkots kā Vransient V oltage S slāpētājs: pusvadītāju sprieguma ierobežotājs.
Slāpētāja apzīmējums diagrammās
Slāpētājiem ir dažas šķirnes, proti: tie var būt vienvirziena un divvirzienu. Un tālāk elektriskās diagrammas slāpētāji ir apzīmēti šādi:
Slāpētāju galvenie elektriskie parametri
U paraugi (V) ir pārrāvuma sprieguma vērtība. Ārvalstu tehniskajā dokumentācijā šis parametrs tiek apzīmēts kā VBR (Sadalījuma spriegums). Šī ir sprieguma vērtība, pie kuras diode pēkšņi atveras un novirza bīstamu strāvas impulsu uz kopējo vadu (“zemējumu”).
Es arr. (μA) - tiešās reversās strāvas vērtība. Šī ir maksimālās reversās noplūdes strāvas vērtība, kas ir visām diodēm. Tas ir ļoti mazs un praktiski neietekmē ķēdes darbību. Vēl viens apzīmējums - Es R (Maks. Reversā noplūdes strāva). To var saukt arī par I RM.
U arr. (V) - pastāvīgs apgrieztais spriegums. Atbilst angļu valodas saīsinājumam V RWM(Darba maksimālais apgrieztais spriegums). Var saukt par V RM.
U robeža imp. (V) – maksimālais ierobežojošais impulsa spriegums. Datu lapās minēta kā VCL vai V C - Maks. iespīlēšanas spriegums vai vienkārši iespīlēšanas spriegums.
Es ierobežoju. maks. (A) - maksimālā maksimālā impulsa strāva. Angļu valodā to dēvē par IPP (Maks. Maksimālā impulsa strāva). Šī vērtība norāda strāvas impulsa maksimālo vērtību, ko slāpētājs var izturēt bez iznīcināšanas. Jaudīgiem slāpētājiem šī vērtība var sasniegt vairākus simtus ampēru!
P imp. (vati) - maksimālā pieļaujamā impulsa jauda. Šis parametrs parāda, cik daudz jaudas slāpētājs var nomākt. Atcerieties, ka vārds slāpētājs cēlies no angļu vārda Slāpētājs, kas tulkojumā nozīmē "nomācējs". Ārvalstu parametra nosaukums Maksimālā impulsa jauda (PPP).
Maksimālās impulsa jaudas vērtību var atrast, reizinot U robežas vērtības. imp. ( VCL) un es lim. maks. ( IPP).
Slāpētāju voltu-ampēru raksturlielumi
Ierobežojošo diožu IV raksturlielumi izskatās šādi:
Vienvirziena slāpētājam
Divvirzienu slāpētājam
Šo diožu lielo trūkumu var uzskatīt par lielu maksimālās impulsa jaudas atkarību no impulsa ilguma. Parasti TVS diodes darbība tiek uzskatīta, ja tai tiek pievadīts impulss ar minimālo pieauguma laiku apmēram 10 mikrosekundes un īslaicīgu.
Slāpētāju pārslēgšanas shēmas
Viena no iespējamām slāpētāja ieslēgšanas shēmām:
Šajā gadījumā tas izrādās šādi: starp diviem sprieguma avotiem ir uzstādīta ierobežojoša diode (slāpētājs) VD1. Liela impulsa gadījumā vismaz vienā ieejā tas izlaužas, kā rezultātā izdegs drošinātāji F1 vai F2. Rūpnieciskajās radioiekārtās drošinātāju lomu var pildīt keramikas rezistori ar zemu omi.